移相全橋大功率軟開關電源的設計
1 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178481.htm在電鍍行業(yè)里,一般要求工作電源的輸出電壓較低,而電流很大。電源的功率要求也比較高,一般都是幾千瓦到幾十千瓦。目前,如此大功率的電鍍電源一般都采用晶閘管相控整流方式。其缺點是體積大、效率低、噪音高、功率因數低、輸出紋波大、動態(tài)響應慢、穩(wěn)定性差等。
本文介紹的電鍍用開關電源,輸出電壓從0~12V、電流從0~5000A 連續(xù)可調,滿載輸出功率為60kW.由于采用了ZVT軟開關等技術,同時采用了較好的散熱結構,該電源的各項指標都滿足了用戶的要求,現(xiàn)已小批量投入生產。
2 主電路的拓撲結構
鑒于如此大功率的輸出,高頻逆變部分采用以IGBT為功率開關器件的全橋拓撲結構,整個主電路如圖1 所示,包括:工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI 濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環(huán)節(jié)、輸出LC 濾波器等。
隔直電容Cb 是用來平衡變壓器伏秒值,防止偏磁的。考慮到效率的問題,諧振電感LS 只利用了變壓器本身的漏感。因為如果該電感太大,將會導致過高的關斷電壓尖峰,這對開關管極為不利,同時也會增大關斷損耗。另一方面,還會造成嚴重的占空比丟失,引起開關器件的電流峰值增高,使得系統(tǒng)的性能降低。
圖1 主電路原理圖
3 零電壓軟開關
高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB2ZVS 控制方式,控制芯片采用Unitrode 公司生產的UC3875N。超前橋臂在全負載范圍內實現(xiàn)了零電壓軟開關,滯后橋臂在75 %以上負載范圍內實現(xiàn)了零電壓軟開關。圖2 為滯后橋臂IGBT 的驅動電壓和集射極電壓波形,可以看出實現(xiàn)了零電壓開通。
開關頻率選擇20kHz ,這樣設計一方面可以減小IGBT的關斷損耗,另一方面又可以兼顧高頻化,使功率變壓器及輸出濾波環(huán)節(jié)的體積減小。
圖2 IGBT驅動電壓和集射極電壓波形圖
4 容性功率母排
在最初的實驗樣機中,濾波電容C5 與IGBT 模塊之間的連接母排為普通的功率母排。在實驗中發(fā)現(xiàn)IGBT上的電壓及流過IGBT的電流均發(fā)生了高頻震蕩,圖3 為滿功率時采集的變壓器初級的電壓、電流波形圖。原因是并聯(lián)在IGBT 模塊上的突波吸收電容與功率母排的寄生電感發(fā)生了高頻諧振。滿載運行一小時后,功率母排的溫升為38 ℃,電容C5 的溫升為24 ℃。
圖3 使用普通功率母排時變壓器初級電壓、電流波形
為了消除諧振及減小功率母排、濾波電容的溫升,我們最終采用了容性功率母排,圖4 為采用容性功率母排后滿功率時采集的變壓器初級的電壓、電流波形圖。從圖中可以看出,諧振基本消除,滿載運行一小時后,無感功率母排的溫升為11 ℃,電容C5的溫升為10 ℃。
圖4 使用容性功率母排后變壓器初級電壓和電流波形
評論